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Excitonique

par Le Moal Eric, Mayne Andrew - 19 juin 2019 (modifié le 23 juin)

Responsable : Eric Le Moal

Participants : Elizabeth Boer-Duchemin, Gérald Dujardin, Séverine Le Moal, Andrew Mayne, Hamid Oughaddou

Doctorants : Rémi Bretel, Delphine Pommier, Ricardo Peña (étudiant visiteur)

Précédents doctorants : Ala Husseen

Motivés par le développement de composants optiques actifs intégrables en nanoélectronique, nous cherchons à comprendre et maîtriser l’émission de lumière de nanostructures organiques et de matériaux 2D excités électriquement (projet ANR "M-Exc-ICO" ). Le STM est utilisé pour activer électriquement cette luminescence au sein d’une jonction tunnel de dimensions nanométriques, au lieu de connexions directes à des électrodes conductrices, afin de préserver la structure électronique des émetteurs et de résoudre spatialement les variations de l’efficacité quantique d’excitation.

Techniques : luminescence induite par STM, spectroscopie et microscopie optique, imagerie et spectroscopie STM, spectroscopies électroniques (LEED et Auger)

Publications récentes :

Luminescence excitonique d’un semi-conducteur 2D induite par microscopie à effet tunnel.
L’objectif longtemps recherché de sonder localement et spectroscopiquement les excitons de semi-conducteurs bidimensionnels (2D) est atteint à l’aide d’un microscope à effet tunnel (STM). La luminescence excitonique d’un monofeuillet de diséléniure de molybdène (MoSe2) sur un substrat conducteur transparent est électriquement excitée dans la jonction tunnel d’un STM dans des conditions ambiantes. En comparant les résultats avec les mesures de photoluminescence, le mécanisme d’émission est identifié comme la recombinaison radiative d’excitons A brillants. La luminescence induite par STM est observée à des tensions de polarisation aussi faibles que celles qui correspondent à l’énergie de la bande interdite optique du MoSe2. Le mécanisme d’excitation proposé est le transfert d’énergie par résonance du courant tunnel aux excitons dans le semi-conducteur, c’est-à-dire via un couplage par photons virtuels. Des mécanismes supplémentaires (par exemple, injection de charge) peuvent entrer en jeu à des tensions de polarisation supérieures à la bande interdite électronique. Des efficacités quantiques d’émission de photons allant jusqu’à 10-7 photons par électron sont obtenues, malgré l’absence de plasmons de surface. Nos résultats démontrent une nouvelle technique pour étudier les propriétés excitoniques et optoélectroniques des semi-conducteurs 2D et de leurs hétérostructures à l’échelle nanométrique.

article : Delphine Pommier, Rémi Bretel, Luis E. Parra López, Florentin Fabre, Andrew Mayne, Elizabeth Boer-Duchemin, Gérald Dujardin, Guillaume Schull, Stéphane Berciaud, et Eric Le Moal, “Scanning tunneling microscope-induced excitonic luminescence of a two-dimensional semiconductor” Phys. Rev. Lett. 123, 027402 (2019), pdf, suppl. material.

Réactivité des couches minces de NaCl sous bombardement électronique. Les halogénures de métaux alcalins, tels que NaCl et KCl, sont des matériaux idéaux avec de larges bandes interdites électroniques qui peuvent être préparés en couches minces. Ces films minces peuvent alors agir comme des espaceurs pour découpler électroniquement les molécules organiques d’un substrat métallique afin que les molécules conservent leurs propriétés électroniques et optiques intrinsèques. Nous avons étudié la structure et la stabilité de couches minces de NaCl, préparées sur le substrat Ag(001), en utilisant une approche multi-technique avec STM et STS, LEED et spectroscopie Auger (AES). Nous avons constaté que la modification chimique des couches minces de NaCl pouvait être induite par irradiation électronique en utilisant LEED et Auger. Nous avons observé que l’appauvrissement en Cl suit une cinétique de réaction différente, par rapport aux études précédentes sur des films épais de NaCl et des cristaux massifs. La modification du film se déroule selon deux processus, qui sont interprétés comme un désordre rapide du film avec élimination du NaCl en bords de l’îlots, et une lente diminution de l’ordre structural du NaCl avec formation de trous en raison de l’appauvrissement en Cl.

article : A. Husseen, S. Le Moal, H. Oughaddou, G. Dujardin, A. Mayne, E. Le Moal, "Reaction kinetics of ultrathin NaCl films on Ag(001) upon electron irradiation", Phys. Rev. B 96, 235418 (2017), pdf.